基于雙層調(diào)度策略的多信道大數(shù)據(jù)項(xiàng)廣播調(diào)度方法
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種基于雙層調(diào)度策略的多信道大數(shù)據(jù)項(xiàng)廣播調(diào)度方法。本方法包括大數(shù)據(jù)項(xiàng)分包、高層數(shù)據(jù)項(xiàng)信道分配、低層單信道數(shù)據(jù)項(xiàng)分配三個(gè)過(guò)程。初始階段，服務(wù)器端先根據(jù)可用信道的信道容量以及所有需求的數(shù)據(jù)項(xiàng)的數(shù)據(jù)長(zhǎng)度，判斷是否含有大數(shù)據(jù)項(xiàng)。若含有大數(shù)據(jù)項(xiàng)則需執(zhí)行預(yù)分包機(jī)制，合理分包。繼而執(zhí)行高層數(shù)據(jù)項(xiàng)信道分配算法，該算法不僅保證最優(yōu)的信道分配，同時(shí)優(yōu)化算法避免了各移動(dòng)用戶在獲取多數(shù)據(jù)項(xiàng)時(shí)的多次信道跳轉(zhuǎn)，也減少了平均訪問(wèn)時(shí)間。在實(shí)際應(yīng)用中低層單信道數(shù)據(jù)項(xiàng)調(diào)度策略可引入反饋機(jī)制，當(dāng)各移動(dòng)終端用戶收到該數(shù)據(jù)時(shí)給予服務(wù)器端反饋，若某一項(xiàng)數(shù)據(jù)不再需求，可在下一推送周期去除該數(shù)據(jù)，大大減少了平均訪問(wèn)時(shí)間。
【專利說(shuō)明】基于雙層調(diào)度策略的多信道大數(shù)據(jù)項(xiàng)廣播調(diào)度方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于數(shù)據(jù)傳輸通信技術(shù)，具體涉及一種基于雙層調(diào)度策略的多信道大數(shù)據(jù) 項(xiàng)廣播調(diào)度方法。

【背景技術(shù)】
[0002] 通過(guò)無(wú)線信道廣播數(shù)據(jù)，不僅可以克服移動(dòng)無(wú)線通信的非對(duì)稱、低寬帶等劣勢(shì)；而 且可支持大量移動(dòng)設(shè)備同時(shí)高效訪問(wèn)服務(wù)器端的數(shù)據(jù)庫(kù)，發(fā)送數(shù)據(jù)的代價(jià)與接收者數(shù)量基 本無(wú)關(guān)。由于移動(dòng)設(shè)備能耗有限，數(shù)據(jù)廣播可以減少其獲取數(shù)據(jù)電量的消耗。無(wú)線數(shù)據(jù)廣 播是目前無(wú)線網(wǎng)絡(luò)傳輸數(shù)據(jù)的主流方式，廣播服務(wù)器通過(guò)公共信道發(fā)送數(shù)據(jù)，移動(dòng)終端用 戶偵聽(tīng)廣播信道并及時(shí)下載自己需求的數(shù)據(jù)。
[0003] 如何快速的獲取訪問(wèn)數(shù)據(jù)和減少移動(dòng)設(shè)備電量的消耗，是無(wú)線數(shù)據(jù)廣播研究的兩 個(gè)關(guān)鍵。相應(yīng)地，衡量廣播性能的兩個(gè)主要參數(shù)為：訪問(wèn)時(shí)間（Access time)和調(diào)諧時(shí)間 (Tuning time)。訪問(wèn)時(shí)間指從用戶提出請(qǐng)求到得到請(qǐng)求數(shù)據(jù)所消耗的時(shí)間。調(diào)諧時(shí)間指 從用戶提出請(qǐng)求到得到請(qǐng)求數(shù)據(jù)前監(jiān)聽(tīng)信道所消耗的時(shí)間。
[0004] 目前主流的廣播調(diào)度算法有針對(duì)單數(shù)據(jù)項(xiàng)（每次用戶只請(qǐng)求一個(gè)數(shù)據(jù)項(xiàng)）的平坦 調(diào)度（Flat Broadcast)、基于訪問(wèn)概率的調(diào)度（Probabilistic based Broadcast)等。針 對(duì)多數(shù)據(jù)項(xiàng)請(qǐng)求的有QEM調(diào)度算法、改進(jìn)型QEM調(diào)度算法、GCM算法等。對(duì)多數(shù)據(jù)項(xiàng)的各調(diào) 度算法而言，QEM算法是最早提出的詳細(xì)討論多數(shù)據(jù)項(xiàng)的廣播算法，相比隨機(jī)調(diào)度算法平均 訪問(wèn)時(shí)間減少了 25%左右；改進(jìn)型的QEM算法在任何情況下平均訪問(wèn)時(shí)間都較QEM算法短， 但復(fù)雜度較高；GCM算法在各種情況下平均訪問(wèn)時(shí)間都較QEM算法長(zhǎng)，但復(fù)雜程度較低。
[0005] 多信道無(wú)線數(shù)據(jù)廣播指多個(gè)信道同時(shí)進(jìn)行數(shù)據(jù)廣播。同單信道數(shù)據(jù)廣播相比，提 高了效率，減少了訪問(wèn)時(shí)間。雖然近年來(lái)已有許多研究者提出了一些多信道單數(shù)據(jù)項(xiàng)請(qǐng)求 的數(shù)據(jù)廣播調(diào)度算法，如兩層調(diào)度策略（two level optimization scheduling algorithm, T0SA)。但是多信道下多數(shù)據(jù)項(xiàng)請(qǐng)求的調(diào)度還處于嘗試階段。針對(duì)數(shù)據(jù)長(zhǎng)度較長(zhǎng)的大數(shù)據(jù) 項(xiàng)而言，若直接將該數(shù)據(jù)項(xiàng)視為一個(gè)整體，則會(huì)導(dǎo)致該大數(shù)據(jù)項(xiàng)在信道進(jìn)行數(shù)據(jù)推送期間， 若有其他用戶需求該數(shù)據(jù)項(xiàng)并開(kāi)始監(jiān)聽(tīng)信道，則需等待至這次數(shù)據(jù)推送周期結(jié)束到下個(gè)周 期開(kāi)始推送該數(shù)據(jù)項(xiàng)，才能開(kāi)始接收。不僅大大增加了調(diào)諧時(shí)間，同時(shí)也增加了訪問(wèn)時(shí)間。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明的目的是針對(duì)能耗受限的移動(dòng)設(shè)備在非對(duì)稱無(wú)線網(wǎng)絡(luò)情況下如何高效、迅 速地獲得含有大數(shù)據(jù)項(xiàng)的多數(shù)據(jù)項(xiàng)而提出一種基于雙層調(diào)度策略的多信道大數(shù)據(jù)項(xiàng)廣播 調(diào)度方法。
[0007] 為達(dá)到上述目的，本發(fā)明的構(gòu)思是： 提出了針對(duì)數(shù)據(jù)項(xiàng)長(zhǎng)度較長(zhǎng)的大數(shù)據(jù)項(xiàng)進(jìn)行分包預(yù)處理后，再利用信道分配算法將多 個(gè)數(shù)據(jù)包進(jìn)行信道分配。實(shí)現(xiàn)了在大數(shù)據(jù)項(xiàng)推送下，周期廣播數(shù)據(jù)期間有其他用戶實(shí)時(shí)需 求數(shù)據(jù)時(shí)，分包應(yīng)用使得用戶無(wú)需等待過(guò)長(zhǎng)時(shí)間即可得到數(shù)據(jù)，減少了平均訪問(wèn)時(shí)間。同 時(shí)，實(shí)現(xiàn)了多信道多數(shù)據(jù)項(xiàng)的請(qǐng)求，通過(guò)減少了數(shù)據(jù)訪問(wèn)沖突和信道跳轉(zhuǎn)減少了平均訪問(wèn) 時(shí)間。
[0008] 根據(jù)上述發(fā)明構(gòu)思，本發(fā)明采用下述技術(shù)方案： 一種基于雙層調(diào)度策略的多信道大數(shù)據(jù)項(xiàng)廣播調(diào)度方法，包括大數(shù)據(jù)項(xiàng)數(shù)據(jù)分包、高 層數(shù)據(jù)項(xiàng)信道分配、低層單信道數(shù)據(jù)項(xiàng)分配三個(gè)過(guò)程，具體步驟如下： a、 大數(shù)據(jù)項(xiàng)數(shù)據(jù)分包，包括如下步驟： (a-Ι)、初始化，服務(wù)器端獲取所有請(qǐng)求數(shù)據(jù)的移動(dòng)設(shè)備的唯一標(biāo)識(shí)，要求每個(gè)移動(dòng)設(shè) 備擁有一個(gè)獨(dú)立的身份標(biāo)識(shí)號(hào)； (a-2)、服務(wù)器端獲取可用信道的總數(shù)計(jì)為K，并對(duì)所有信道進(jìn)行編號(hào)，要求每個(gè)信道擁 有一個(gè)獨(dú)立的編號(hào)； (a-3)、服務(wù)器端獲取所有移動(dòng)用戶訪問(wèn)的數(shù)據(jù)項(xiàng)，總數(shù)計(jì)為N，并對(duì)所有數(shù)據(jù)項(xiàng)進(jìn)項(xiàng)編 號(hào)，要求每個(gè)數(shù)據(jù)項(xiàng)擁有一個(gè)唯一的編號(hào)； (a-4)、依據(jù)步驟（a-2)各個(gè)信道的編號(hào)，獲取相對(duì)應(yīng)的可用信道帶寬計(jì)為

【權(quán)利要求】
1. 一種基于雙層調(diào)度策略的多信道大數(shù)據(jù)項(xiàng)廣播調(diào)度方法，其特征在于，包括大數(shù)據(jù) 項(xiàng)數(shù)據(jù)分包、高層數(shù)據(jù)項(xiàng)信道分配、低層單信道數(shù)據(jù)項(xiàng)分配三個(gè)過(guò)程，具體步驟如下： a、 大數(shù)據(jù)項(xiàng)數(shù)據(jù)分包，包括如下步驟： (a-Ι)、初始化，服務(wù)器端獲取所有請(qǐng)求數(shù)據(jù)的移動(dòng)設(shè)備的唯一標(biāo)識(shí)，要求每個(gè)移動(dòng)設(shè) 備擁有一個(gè)獨(dú)立的身份標(biāo)識(shí)號(hào)； (a-2)、服務(wù)器端獲取可用信道的總數(shù)計(jì)為K，并對(duì)所有信道進(jìn)行編號(hào)，要求每個(gè)信道擁 有一個(gè)獨(dú)立的編號(hào)； (a-3)、服務(wù)器端獲取所有移動(dòng)用戶訪問(wèn)的數(shù)據(jù)項(xiàng)，總數(shù)計(jì)為N，并對(duì)所有數(shù)據(jù)項(xiàng)進(jìn)項(xiàng)編 號(hào)，要求每個(gè)數(shù)據(jù)項(xiàng)擁有一個(gè)唯一的編號(hào)； (a-4)、依據(jù)步驟（a-2)各個(gè)信道的編號(hào)，獲取相對(duì)應(yīng)的可用信道帶寬計(jì)為 ,其中i e ItKl ; (a-5)、依據(jù)步驟（a-3)各個(gè)數(shù)據(jù)項(xiàng)的編號(hào)，統(tǒng)計(jì)獲得各個(gè)數(shù)據(jù)項(xiàng)的被訪問(wèn)概率計(jì)為p， 以及各個(gè)數(shù)據(jù)項(xiàng)的數(shù)據(jù)包長(zhǎng)度計(jì)為1 ; (a-6)、依據(jù)各個(gè)可用信道的帶寬和各個(gè)數(shù)據(jù)項(xiàng)的數(shù)據(jù)包長(zhǎng)度，判斷需求數(shù)據(jù)項(xiàng)中是否 含有大數(shù)據(jù)項(xiàng)，若含有則需進(jìn)行大數(shù)據(jù)項(xiàng)預(yù)分包處理，若無(wú)則直接依據(jù)信道分配法對(duì)各數(shù) 據(jù)項(xiàng)進(jìn)行信道分配； (a-7)、依據(jù)最大可用信道的帶寬，對(duì)大數(shù)據(jù)項(xiàng)進(jìn)行預(yù)分包處理，并對(duì)所有數(shù)據(jù)包進(jìn) 行編號(hào)，要求該數(shù)據(jù)項(xiàng)的各個(gè)數(shù)據(jù)包擁有一個(gè)唯一的標(biāo)識(shí)，且編號(hào)含有該數(shù)據(jù)項(xiàng)的標(biāo)識(shí)信 息； (a-8)、選取可用信道帶寬較大的信道，并預(yù)留該信道； b、 高層數(shù)據(jù)項(xiàng)信道分配，包括如下步驟： (b-Ι)、選取已預(yù)留具有最大可用信道帶寬的信道，將大數(shù)據(jù)項(xiàng)劃分好的各個(gè)數(shù)據(jù)包分 配至該信道； (b-2)、依據(jù)各數(shù)據(jù)項(xiàng)的被訪問(wèn)概率和其數(shù)據(jù)長(zhǎng)度的乘積，劃分除已分配好的大數(shù)據(jù)項(xiàng) 之外的其余數(shù)據(jù)項(xiàng)，并按照獲得的乘積從大到小排列各數(shù)據(jù)項(xiàng)； (b-3)、依據(jù)除已分配好的信道之外其余信道的信道帶寬，并按照信道的帶寬從小到大 排列各信道，記剩余可用信道總數(shù)為KS (b_4)、令：B= ，其中氏表示第土個(gè)可用信道的信道帶寬，Bk表示第r 個(gè)可用信道的信道帶寬； (b-5)、將已排序好的每2B個(gè)數(shù)據(jù)項(xiàng)作為一組，前B個(gè)數(shù)據(jù)項(xiàng)順序分配到1至K"中，后 B個(gè)數(shù)據(jù)項(xiàng)順序分配到K"至1中，分配到各信道的數(shù)據(jù)項(xiàng)的數(shù)量與此信道可用帶寬的平方 根成正比； 6-6)、令^等于分配至第i個(gè)信道的所有數(shù)據(jù)項(xiàng)被訪問(wèn)頻率與長(zhǎng)度乘積二次方 A/ 根的總和，依次遞歸比較各信道的/yi;的值，找到該值最大和最小的信道并計(jì)為 Cmax和Cn^11 ; 6-7)、從Cmx中依次遞歸調(diào)用各數(shù)據(jù)項(xiàng)，找到值Umin最小的數(shù)據(jù)項(xiàng)計(jì)為 d?in ； (b-8)、對(duì)信道Cimx 和Ctnin ,比較和 (Antax - -?Ρπι?π*^min^Ij(Amia + ?Pmsn *lmin〕 / ,, ,, , . 11. /Btnaxτ /Bmm的值的大小，若刖者 大于后者則將信道Cmax中最小的數(shù)據(jù)項(xiàng)dmin移至信道Cciin，若前者小于等于后者， 則保持原狀； (b-9)、完成高層數(shù)據(jù)項(xiàng)信道分配算法； c、低層單信道數(shù)據(jù)項(xiàng)分配，包括如下步驟： (c-1)、初始化階，去除傳輸大數(shù)據(jù)項(xiàng)的信道，對(duì)任意已分配數(shù)據(jù)信道i，取當(dāng)前時(shí)刻 丁=0，令Bt=O分別計(jì)算該信道上所有數(shù)據(jù)項(xiàng)的被訪問(wèn)頻率記為Pi和長(zhǎng)度記為Ji，數(shù) 據(jù)項(xiàng)dj的間隔為4 =Sf= (ZHvfPP*+F，其中M為信道i分配數(shù)據(jù)項(xiàng)總和且 ^ Pj I < I < M； (c-2)、規(guī)定各信道數(shù)據(jù)項(xiàng)傳輸順序集合為S=[〗IBj玄T,iS; (c-3)、比較各信道各數(shù)據(jù)項(xiàng)Dj的值，找到該值最小的數(shù)據(jù)項(xiàng)并記為Dmin，并且 jes,將Dmia放入集合S中； (C-4)、每次集合S添加完成一個(gè)數(shù)據(jù)項(xiàng)后，令T=Tilj代表當(dāng)前時(shí)刻； (c-5)、當(dāng)前時(shí)刻T，令Bj = Di, R = Bt+&，滿足BjST且Dj最小的那個(gè)數(shù)據(jù) 項(xiàng)放入數(shù)據(jù)集S中； (c-6)、對(duì)該信道上所有數(shù)據(jù)項(xiàng)依次遞歸上述算法，直至該信道上被分配的所有數(shù)據(jù)項(xiàng) 均調(diào)度完成。
【文檔編號(hào)】H04W28/16GK104270723SQ201410473490
【公開(kāi)日】2015年1月7日 申請(qǐng)日期:2014年9月17日 優(yōu)先權(quán)日:2014年9月17日
【發(fā)明者】嚴(yán)軍, 朱淵婧, 張曉蓉, 徐瑞芃 申請(qǐng)人:上海大學(xué), 國(guó)網(wǎng)河南省電力公司三門(mén)峽供電公司